Condition

本文介绍如何使用Java的Lock和Condition实现线程间的通信与同步,包括三个线程按指定顺序交替打印数字、以及使用绑定缓冲区实现生产者消费者模式。

Condition 将 Object 监视器方法(wait、notify 和 notifyAll)分解成截然不同的对象,以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用,为每个对象提供多个等待 set(wait-set)。其中,Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用,Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。Lock可以实现互斥,但是不能实现同步,Condition可以实现通信,相当于notify或者notifyAll。Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。

package Thread03;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionCommunication {
    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 50; i++) {
                    business.sub(i);
                }
            }
        }).start();
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            business.main(i);
        }
    }

    static class Business {
        Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();
        private boolean bShouldSub = true;

        public void sub(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (!bShouldSub) {
                    try {
                        condition.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 10; j++) {
                    System.out.println("sub thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                bShouldSub = false;
                condition.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

        public void main(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (bShouldSub) {
                    try {
                        condition.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 100; j++) {
                    System.out.println("main thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                bShouldSub = true;
                condition.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

三个线程打印线程1打印两次,线程2打印4次,线程3打印6次,就这样打印50次,

package Thread03;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ThreeConditionCommunication {
    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 50; i++) {
                    business.sub1(i);
                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 50; i++) {
                    business.sub2(i);
                }
            }
        }).start();

        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            business.sub3(i);
        }
    }

    static class Business {
        Lock lock = new ReentrantLock();
        //需要创建3个condition
        Condition condition1 = lock.newCondition();
        Condition condition2 = lock.newCondition();
        Condition condition3 = lock.newCondition();
        private int shouldSub = 1;

        public void sub1(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (shouldSub!=1) {//线程1等待
                    try {
                        condition1.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 2; j++) {//线程1执行
                    System.out.println("sub1 thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                shouldSub=2;//执行完,把标志置为2
                condition2.signal();//唤醒线程2
            } finally {
                lock.unlock();//释放锁
            }
        }


        public void sub2(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (shouldSub!=2) {
                    try {
                        condition2.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 4; j++) {
                    System.out.println("sub2 thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                shouldSub =3 ;
                condition3.signal();//唤醒线程3
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

        public void sub3(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (shouldSub!=3) {
                    try {
                        condition3.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 6; j++) {
                    System.out.println("sub3 thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                shouldSub = 1;
                condition1.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

假定有一个绑定的缓冲区,如果试图在空的缓冲区上执行 take 操作,则在某一个项变得可用之前,线程将一直阻塞;如果试图在满的缓冲区上执行 put 操作,则在有空间变得可用之前,线程将一直阻塞。编程实现。

package Thread03;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class BoundedBuffer {
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition notFull = lock.newCondition();//写线程
    final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程

    final Object[] items = new Object[100];
    int putptr, takeptr, count;

    public void put(Object x) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length)//缓冲区满
                notFull.await();//写线程等待
            items[putptr] = x;
            if (++putptr == items.length)//当指针为100,需要把指针置0
                putptr = 0;
            ++count;//缓冲区中,数据数目加1
            notEmpty.signal();//缓冲区不为空,唤醒读线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public Object take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0)//缓冲区为空
                notEmpty.await();//读线程等待
            Object x = items[takeptr];
            if (++takeptr == items.length)//假如指针为100,则在从0开始
                takeptr = 0;
            --count;//取走一个,数据数目减1
            notFull.signal();//缓冲区不满,唤醒写线程
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
<think>好的,用户想了解Java中Condition接口的用法和相关编程问题。首先,我需要回忆一下Condition接口的基本概念和它在Java并发编程中的作用。Condition接口通常与Lock配合使用,用于实现线程间的协调,类似于Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法,但提供了更灵活的功能。 接下来,我应该整理Condition的主要方法,比如await()、signal()和signalAll(),并说明它们与传统wait/notify的区别。用户可能需要知道为什么使用Condition而不是内置的监视器方法,所以需要强调Condition的优点,比如多个等待集、更细粒度的控制等。 然后,考虑一个实际的使用示例。例如,实现一个简单的有界队列,当队列满时,生产者线程等待;当队列空时,消费者线程等待。这可以展示如何用Condition的await和signal来管理线程的等待和唤醒。编写代码时要注意锁的正确获取和释放,以及处理InterruptedException的情况。 同时,用户可能对Condition的使用场景和最佳实践感兴趣,需要解释什么时候应该选择Condition,比如在复杂的同步结构中,或者需要多个条件谓词时。此外,可能还需要提到常见的陷阱,比如忘记在finally块中释放锁,或者错误地使用signal而不是signalAll导致信号丢失。 还需要检查是否有相关的引用内容可以支持回答。查看提供的引用,引用[1]提到类的成员包括方法,引用[2]展示了线程持有对象的情况,可能与线程协调有关,引用[3]讨论了联合类型的参数判别,这可能与条件判断有关联。不过,这些引用可能与Condition接口的直接关联不大,但可以适当引用其中关于类成员或线程示例的部分来增强回答的可信度。 最后,生成相关问题,帮助用户进一步学习,比如Condition与wait/notify的区别,如何避免死锁,或者Condition在生产者-消费者模式中的应用。确保问题覆盖用户可能感兴趣的扩展话题,并引导他们深入理解。</think>### Java中Condition接口的用法详解 #### 1. Condition接口基础 Condition接口是`java.util.concurrent.locks`包中的核心组件,需配合`Lock`实现线程协调。与传统的`Object.wait()`/`notify()`相比,它支持**多个等待队列**,提供更细粒度的线程控制[^1]。 主要方法: - `await()`: 使当前线程等待并释放锁,可响应中断 - `signal()`: 唤醒一个等待线程 - `signalAll()`: 唤醒所有等待线程 #### 2. 标准使用模板 ```java Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); lock.lock(); try { while (条件不满足) { condition.await(); // 释放锁并等待 } // 执行操作 } finally { lock.unlock(); } ``` #### 3. 生产者-消费者案例 实现线程安全的阻塞队列: ```java class BoundedBuffer { final Lock lock = new ReentrantLock(); final Condition notFull = lock.newCondition(); final Condition notEmpty = lock.newCondition(); Object[] items = new Object[100]; int putptr, takeptr, count; public void put(Object x) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == items.length) notFull.await(); // 队列满时等待 items[putptr] = x; if (++putptr == items.length) putptr = 0; ++count; notEmpty.signal(); // 唤醒消费者 } finally { lock.unlock(); } } public Object take() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); // 队列空时等待 Object x = items[takeptr]; if (++takeptr == items.length) takeptr = 0; --count; notFull.signal(); // 唤醒生产者 return x; } finally { lock.unlock(); } } } ``` 此实现特点: 1. 使用两个独立Condition分别管理空/满状态 2. 避免虚假唤醒的`while`循环检查 3. 遵循`lock.unlock()`放在finally块的规范 #### 4. 关键优势 - **多条件谓词**:可为不同等待条件创建独立Condition对象 - **公平锁支持**:配合`ReentrantLock(true)`实现公平调度 - **超时机制**:提供`awaitNanos()`/`awaitUntil()`等超时方法 #### 5. 典型应用场景 - 线程池任务调度 - 阻塞队列实现 - 复杂状态机同步 - 资源访问控制(如数据库连接池) #### 6. 注意事项 - 始终在`lock()`和`unlock()`之间使用Condition - 调用signal时需持有对应的锁 - 推荐使用signalAll()避免信号丢失 - 处理InterruptedException时应维护线程中断状态
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